【文章內容簡介】 音的電路設計，如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點小小的修改或擴展而被迫進行全面返工。(3) 程序空間，選用片內程序空間足夠大的單片機，本設計采用 AT89S51單片機。(4) RAM 空間，AT89S51 內部 RAM 不多，當要增強軟件數(shù)據處理功能時，往往覺得不足。如果系統(tǒng)配置了外部 RAM，則建議多留一些空間。隨著軟件設計水平的提高，往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據處理算法，就可以使系統(tǒng)功6能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級換代。只要在硬件電路設計初期考慮到這一點，就應該為系統(tǒng)將來升級留足夠的 RAM 空間，哪怕多設計一個 RAM 的插座，暫不插芯片也好。(5) I/O 端口：在樣機研制出來后進行現(xiàn)場試用時，往往會發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題，而這些問題不是靠單純的軟件措施來解決的。如有些新的信號需要采集，就必須增加輸入檢測端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。如果在硬件電路設計就預留出一些 I/O 端口，雖然當時空著沒用，那么用的時候就派上用場了。系統(tǒng)硬件電路圖如圖 ： 圖 硬件電路圖 時鐘電路時鐘電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能：① 主持人將控制開關撥到“開始”位置時，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)。②當參賽選手按動搶答鍵時，搶答電路和定時電路停止工作。③當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。 時鐘電路由一個晶體振蕩器 12MHZ 和兩個 30pF 的瓷片電容組成。時鐘電路用于產生單片機工作所需的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關系。單片機本身就是一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工7作方式的實現(xiàn)，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地工作。其電路如圖 3 所示:圖 一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲 10ms 后振蕩器起振，在 XTAL2 引腳產生幅度為 3V 左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C1，C2 的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調。C1，C2 的典型值為 30uF。單片機在工作時，由內部振蕩器產生或由外直接輸入的送至內部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù)，常用 fosc 表示。圖中時鐘頻率為 12MHz，即 fosc=12MHz，則時鐘周期為 1/12181。s。 復位電路單片機的第 9 腳 RST 為硬件復位端，只要將該端持續(xù) 4 個機器周期的高電平即可實現(xiàn)復位，復位后單片機的各狀態(tài)都恢復到初始化狀態(tài)。電容在上接高電平，電阻在下接地，中間為 RST。這種復位電路為高電平復位。按鍵以及電解電容 C電阻 R9 構成按鍵及上電復位電路。由于單片機是高電平復位，所以當按鍵 S8 按下時候，單片機的 9 腳 RESET 管腳處于高電平，此時單片機處于復位狀態(tài)。當上電后，由于電容的緩慢充電，單片機的 9 腳電壓逐步由高向低轉化，經過一段時間后，單片機的 9 腳處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時單片機上電復位完畢，單片機開始正常工作。其電路如圖 4 所示：圖 主控制系統(tǒng)模塊/最小系統(tǒng) 主控制器采用 STC89C52RC，STC89C52RC 單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單 片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機，12 8時鐘/機器周期和 6 時鐘/機器周 期可以任意選擇。其特點如下：（1）增強型 8051 單片機，6 時鐘/機器周期和 12 時鐘/機器周期可以任 意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。（2）工作電壓：～（5V 單片機）/～（3V 單片機） 。 （3）工作頻率范圍：0～40MHz，相當于普通 8051 的 0～80MHz，實際工作頻率可達 48MHz 。（4）用戶應用程序空間為 8K 字節(jié)。（5）片上集成 512 字節(jié) RAM。（6）通用 I/O 口（32 個）復位后為：P1/P2/P3/P4 是準雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。 （7）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程） ，無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。（8）具有 EEPROM 功能。（9）具有看門狗功能。 （10） 共 3 個 16 位定時器/計數(shù)器。即定時器 T0、TT2。（11）外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。 （12）通用異步串行口（UART） ，還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART。（13）工作溫度范圍：40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級。 （14）DIP 封裝 ，如圖 5：9圖 顯示電路在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在顯示上我們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多；動態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復雜，但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設計中根據實際情況采用的是動態(tài)顯示方法。四位共陰極數(shù)碼管顯示。數(shù)據接 P0 口加上拉電阻驅動。段接 ，因為是共陰極的所以不需要加驅動模塊，四位共陰極數(shù)碼管顯示。如圖 6：圖 報警電路聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲，若能利用程序來控制單片機某個口線的高電平或低電平，則在該口線上就能產生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再能利用延時程序控制高低電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調，使喇叭發(fā)出不同的聲音。 電路模塊如下圖 7：10圖 Q1：9013，PNP 三極管，單片機 IO 口輸出 0 時蜂鳴器響，輸出 1 時蜂鳴器不響。 電源模塊本設計采用 USB 供電，電路模塊如下圖 8：圖 按鍵輸入電路鍵盤是人與單片機打交道的主要設備。在單片機應用中鍵盤用得最多的形式是獨立鍵盤及矩陣鍵盤。它們各有自己的特點，其中獨立鍵盤硬件電路簡單，而且在程序設計上也不復雜，一般用在對硬件電路要求不高的簡單電路中；矩陣鍵盤與獨立鍵盤有很大區(qū)別，首先在硬件電路上它要比獨立鍵盤復雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢得多，因此它更適合于多按鍵電路。其次就是消除在按鍵過程中產生的“毛刺”現(xiàn)象。這里采用最常用的方法，即延時重復掃描法，延時法的原理為：因為“毛刺”脈沖一般持續(xù)時間短，約為幾 ms，而我們按鍵的時間一般遠遠大于這個時間,所以當單片機檢測到有按鍵動靜后再延時一段時間后再判斷此電平是否保持原狀態(tài),如果是則為有效按鍵，11否則無效。數(shù)字搶答器設計中采用了獨立鍵盤的方式，本設計中有 8 個搶答按鍵輸入，一個開始按鍵、一個暫停鍵、一個服務按鍵。電路模塊如下圖 9：圖 上面從左到右：開始、暫停、服務。下面從左到右：1 號選手、2 號選手、3 號選手、4 號選手、5 號選手、6 號選手、7 號選手、8 號選手。在圖中 8 個搶答按鍵分別接入單片機的 端口，單片機通過讀取 的值來判斷當前輸入的是 8 個搶答按鍵中的哪一個。按鍵開關輸入需要解決的兩個主要問題是判斷是否有按鍵按下和消除按鍵抖動的影響。按鍵的確認反映在電壓上，就是和按鍵相連的引腳呈現(xiàn)出高電平還是低電平。消除按鍵的抖動通常有硬件、軟件兩種消除方法。一般在按鍵較多時，采用軟件的方法消除抖動，即在第一次檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一段延時 12~15ms 的子程序后，再確認該鍵電平是否任保持為閉合狀態(tài)電平，如果保持為閉合狀態(tài)電平就可以確認真有按鍵按下，從而消除抖動的影響。一般電子裝置中都設計有按鍵輸入，用以控制程序執(zhí)行時數(shù)據的輸入或是特殊功能的設置及操作。在控制電路中，如果按鍵數(shù)不多是可以使用一個按鍵對應一條輸入位線控制，即獨立式按鍵。這種接法，一根輸入線上的按鍵是否被按下，不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易判斷哪個鍵按下了。獨立式按鍵可以用單穩(wěn)態(tài)鎖存器消除抖動。第 4 章 軟件設計（劉玉珠 完成）為了能夠達到搶答的公平、公正、合理，應該在主持